Projekti / Programi
Doseganje naprednih lastnosti mejnih površin na osnovi nano-inženiringa za nove, inovativno zasnovane drsne obroče alternatorjev z izboljšanimi tribološkimi in električnimi lastnostmi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.03 |
Tehnika |
Konstruiranje |
Specialna razvojna znanja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Alternator, ščetke, drsni obroči, trenje, obraba, mejni filmi, grafit, baker, nano-inženiring, električni tok
Raziskovalci (17)
Organizacije (2)
Povzetek
V tem projektu se bomo osredotočili na razvoj tribološko in električno učinkovitega kontakta z dolgo življenjsko dobo, za novo in inovativno (PCT patentna prijava) konstrukcijo drsnega električnega kontakta, za prevajanje električnega toka med mirujočim in rotirajočim delom mehanskih komponent električnih naprav. Ti sistemi imajo izjemno visoko gospodarsko vrednost v svetovnem merilu, saj se uporabljajo skoraj v vsaki avtomobilski in gospodinjski električni napravi, kot so alternatorji, motorji, turbine, generatorji, itd. Predlagana raziskava bo omogočila zamenjavo trenutnega klasičnega sistema drsni obroč-ščetka z vpeljavo inovativnega in konceptualno spremenjenega disk-disk kontaktnega sistema, ki pa zaradi velike novosti povzroča občutno spremenjene drsne kontaktne razmere. Zaradi tega je na kontaktni površini potrebno vzpostaviti drugačen mejni površinski film – ključno kontaktno »komponento«, preko katere se dejansko prenašajo vse mehanske obremenitve, toplota in električni tok - za dosego učinkovitih mehanskih in električnih lastnosti. V projektu bosta sodelovali dve svetovno priznani raziskovalni skupini: univerzitetni laboratorij z vodilno svetovno vlogo na področju mejnih filmov in mejnega mazanja, predvsem prevlek iz materialov na osnovi grafita (Laboratorij za tribologijo in površinsko nanotehnologijo: L-TINT) in R&D skupina iz podjetja Kolektor Group, ki je vodilni svetovni proizvajalec zgoraj omenjenih (konvencionalnih) sistemov za avtomobilske alternatorje, z 20 % svetovnim in 75 % evropskim tržnim deležem, ki je tudi lastnik ideje tega novega proizvoda in pobudnik raziskave. Izvedena bo obsežna in poglobljena tribološka študija mejnih filmov na makro in nano nivoju s (i) kratkotrajnimi parametričnimi in (ii) dolgotrajnimi trajnostnimi preizkusi s sočasnimi tokovnimi obremenitvami in uporabo realnih dimenzijskih in oblikovnih kontaktov. Združili bomo proizvodno-razvojne spretnosti in znanje iz podjetja Kolektor in visoko znanstveno tribološko in kontaktno znanje skupine L-TINT, z namenom doseči ambiciozen prodor teh sistemov na trg in oblikovati optimalen, učinkovit, prilagodljiv in obvladljiv drsni kontakt za zahtevane zmogljivosti.
Nov sistem tudi nudi jasno in realno podlago za možnost uspešne uporabe povsem nove materialne kombinacije za to aplikacijo, t.j. grafit-grafit, s pomembnimi okoljskimi, tehnološkimi in ekonomskimi prednostmi v primerjavi s standardnim parom baker-grafit. Novo razvit električni drsni sistem temelji na večji kontaktni površini, nižjem kontaktnem tlaku, nižji gostoti električnega toka, izboljšani dinamični stabilnosti, nižjih temperaturah, zmanjšanemu pojavu iskrenja in posledično višjemu izkoristku, učinkovitosti in trajnosti. Vendar pa ne obstajajo predhodne izkušnje kontakta grafit-grafit pod podobnimi pogoji, kar zahteva njihovo primerno optimizacijo in prilagoditev, ki jo je mogoče izvesti samo z razumevanjem mehanizmov in ključnih vplivnih faktorjev, ki bodo preučevani v tem projektu s koncepti mikro in nano-inženiringa. V primeru uspešnega projekta, bo rezultat popolnoma optimiran električni drsni kontaktni sistem (konstrukcija kontakta in lastnosti kontaktnega mejnega filma) z velikim potencialnim svetovnim tržiščem, ki bo predstavljal skokovit napredek na tem področju. Poleg številnih novosti v znanosti mejnih površinskih filmov zaradi popolnoma novih razmer in uporabljenih materialov v predlagani raziskavi, bo nov sistem disk-disk okrepil svetovno vodilno vlogo podjetja Kolektor, povečal število potencialnih aplikacij, omogočil prodor na nove trge, povečal prednosti pred neizprosno konkurenco podjetij iz Azije, omogočil nova delovna mesta in ekonomsko rast podjetja ter močno povečal znanje na področju takšnih triboloških-električnih sistemov ter pospešil sodelovanje med industrijo in raziskovalnimi inštitucijami, kar bo imelo dolgotrajne koristi za bodoče inovacije.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskava obravnava električne drsne kontakte, kjer imamo poleg klasičnih triboloških procesov, ki se pojavljajo pri drsnem trenju še vpliv električnega toka, ki istočasno teče skozi kontakt, kar močno spremeni razmere v kontaktu in poveča nepredvidljivost samega dogajanja v kontaktu, ter umešča raziskavo ve veliko redkeje raziskovano tematiko kot so sami drsni kontakti. Tako povečana kompleksnost predmeta raziskave onemogoča uporabe standardnih modelnih preizkuševališč, temveč je zahtevala precej inovativnosti že pri sami izdelavi tibološkega preizkuševališča, kot tudi nadaljnji postavitvi eksperimentalne matrike. Kombinacije nove inovativne konfiguracije drsnega kontakta, pri katerem sta oba kontaktna materiala ves čas v kontaktu in materialne kombinacije grafit – grafit, ki je še sama po sebi dokaj redko raziskana poskrbita za unikatnost raziskave tovrstnega električnega drsnega kontakta, saj raziskav popolnoma primerljivega kontakta nismo uspeli zaslediti! Obsežno delo preizkusov in površinskih analiz ki so bili izvedeni v okviru raziskave podaja nova pomembna spoznanja tovrstnega električnega kontakta. Na podlagi novih spoznanj objavljeni članki tako podajajo znanstvena dognanja na novem področju, ki bi na podlagi razvoja grafitnih materialov in tudi dostopnosti grafena lahko postalo pogosteje raziskovano področje, rezultati omenjene raziskave pa pomembna referenca na tem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati in izsledki raziskave dajejo potrditev v izvedljivost koncepta novega izdelka in zmožnost opravljanja funkcionalnih zahtev izdelka v območju obratovanja ciljne aplikacije. To daje sofinancirani organizaciji spodbudo ter tudi pomembne informacije in znanje za nadaljnji razvoj izdelka in pomeni pomemben korak pri končni realizaciji in vpeljavi produkta na zahtevno avtomobilsko tržišče. Predvidena vpeljava novega izdelka, bo predstavljala pomemben dosežek slovenske avtomobilske industrije, predvsem pa podjetja Kolektor kot enega večjih slovenskih izvoznih podjetij. Nov izdelek bo omogočal vsaj ohranjanje predvidoma pa še povečanje pomembnega tržnega deleža na programu drsnih obročev, ki ga ima podjetje že do sedaj. Posledično pa tudi povečanje prometa podjetja in ohranjaje ali odpiranje novih delovnih mest. Tako inovativen izdelek, samostojno razvit znotraj samega podjetja predstavlja pomembno povečanje ugleda podjetja in slovenske avtomobilske industrije in nakazuje sposobnost slovenske industrije za ustvarjanje prebojnih inovacij, ter še pomembnejšo realizacijo le teh. Takšen samostojen izdelek tudi nakazuje pomembno sposobnost podjetja izdelave in razvoja zahtevnejših komponent in sistemov, kar mu odpira vrata za širitev programov, pridobivanje novih in zahtevnejših projektov z višjo dodano vrednostjo ter povečanje možnosti za direktno sodelovanje OEM proizvajalci. Posledično pa možnost za širitev podjetja, razvoj iz proizvajalca komponent v proizvajalca sistemov, povečanje poslovnega uspeha in odpiranje novih delovnih mest. Razvoj novega drsnega električnega kontakta, je še toliko bolj pomemben, ker poleg začetne ciljne aplikacije novega izdelka – avtomobilski alternatorji, omogoča širitev programa na drsni električni kontakt v pogonskih motorjih električnih avtomobilov, tu pa je predvidena višja potencialna rast trga in višje dodane vrednosti!
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
